A transição metal-isolante (MIT) conduzida por interações de muitos corpos é um fenômeno importante na física da matéria condensada. Fases exóticas sempre surgem em torno dos pontos de transição metal-isolante onde as flutuações quânticas surgem de uma competição entre spin, cobrar, orbital, e graus de liberdade da rede. Os materiais bidimensionais (2D) são uma grande classe de materiais. Sua estrutura simples, baixa dimensionalidade, e a densidade de portadores altamente ajustável os tornam uma plataforma ideal para explorar fases exóticas. Contudo, as interações de muitos corpos são normalmente fracas na maioria dos materiais 2D, portanto, os fenômenos relacionados à correlação atraem pouca atenção nos estudos de materiais 2D por um longo período. Recentemente, as pessoas descobriram que as interações de muitos corpos podem ser aprimoradas em hetrestruturas 2D ou em estruturas 2D vincadas artificialmente. Fenômenos relacionados à correlação foram encontrados em muitos sistemas interessantes, como LaAlO ₃ / SrTiO ₃ , grafeno bicamada torcida, etc.

O grupo de Zhang Yan no Centro Internacional de Materiais Quânticos (ICQM) da Universidade de Pequim relata a descoberta de uma transição de metal-isolante exótica em um dichalcogeneto de metal de transição dopado com superfície 2H-MoTe ₂ utilizando a espectroscopia de fotoelétrons de ângulo resolvido de alta resolução (ARPES) e deposição de metal alcalino de superfície in-situ. Eles descobriram que a transição metal-isolante poderia ser explicada por uma localização de polarons devido ao forte acoplamento elétron-fônon que é aumentado na superfície da amostra. Este trabalho intitulado "Transição de Isolador de Metal e Fase com Lacuna Emergente no Semicondutor 2-D Dopado por Superfície 2H-MoTe ₂ "foi publicado em Cartas de revisão física [Phys. Rev. Lett. 126, 106602 (2021)] em 12 de março, 2021. Zhang Yan é o autor correspondente e Han Tingting, um aluno de doutorado em ICQM é o primeiro autor.

Os experimentos foram conduzidos em um sistema ARPES auto-construído na Universidade de Pequim e Beamline BL03U em Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF). Usando a técnica de deposição de superfície, O grupo de Zhang Yan criou uma interface 2D metal-semicondutora entre a superfície e as camadas em massa em 2H-MoTe ₂ . Geralmente, quando os portadores são preenchidos nas bandas de condução de um semicondutor, o potencial químico aumenta e as bandas condutoras mudam rigidamente em direção a uma energia de ligação mais alta. Contudo, na superfície de 2H-MoTe ₂ , os pesquisadores descobriram que as bandas de condução passam por múltiplas transições com o doping portador através do estado metálico, fase interrompida, estado isolante, e mau estado metálico. Essa evolução da estrutura eletrônica não pode ser explicada pela mudança do potencial químico ou degradação da superfície, sugerindo a existência de uma transição exótica metal-isolante na superfície de 2H-MoTe ₂ .

Um estudo mais aprofundado descobriu que a superfície de 2H-MoTe ₂ exibe um diagrama de fase complicado, que se assemelha aos diagramas de fase de uma transição de fase quântica conduzida por interações de muitos corpos. Enquanto isso, a análise detalhada do espectro resolve a existência de réplicas de bandas que normalmente são vistas como uma impressão digital de forte acoplamento elétron-fônon. Combinado com a renormalização de energia observada de espectros e a evolução da dispersão de banda, os pesquisadores concluíram que o acoplamento elétron-fônon é fortemente reforçado na superfície do 2H-MoTe ₂ . Os elétrons são revestidos por excitações de rede, formando polarons. Os polarons então se localizam devido à impureza ou dispersão de desordem, que conduz a transição metal-isolante observada.

Este trabalho demonstra como uma complicada transição metal-isolante pode ocorrer na superfície de um semicondutor bidimensional simples. Por um lado, os resultados destacam o 2H-MoTe dopado com superfície ₂ como um material candidato forte para a realização de isolante polarônico, estado estendido polarônico, e supercondutividade de alto Tc. Por outro lado, os experimentos mostram que a deposição de metal alcalino na superfície pode aumentar as interações de muitos corpos em semicondutores bidimensionais, que abre uma nova maneira de explorar os fenômenos relacionados à correlação em materiais bidimensionais. Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, o Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China.